KR19980026673A

KR19980026673A - 저장용 메모리를 사용한 고성능 음성 기록장치

Info

Publication number: KR19980026673A
Application number: KR1019960045199A
Authority: KR
Inventors: 이천희; 김응동
Original assignee: 이천희
Priority date: 1996-10-11
Filing date: 1996-10-11
Publication date: 1998-07-15

Abstract

1. 음성 기록장치의 전체 구성

음성기록장치는 하드웨어 부분인 interface 부분과 Codec 부분, memory 부분과 소프트웨어 부분으로 구성된다. 제 1 도 참조

2. 음성기록기를 제어하는 하드웨어 부분

DSP 칩을 사용한 음성기록기는 하드웨어와 컴퓨터간의 기록된 음원 데이타를 화일단위로 저장하는 interface 부분과 음성신호를 음원데이타로 처리하는 Codec 부분, 음원데이타를 부호화하여 저장하는 memory 부분으로 구성된다. 제 2 도 참조

3. 음성기록기를 제어하는 소프트웨어 방법

Codec를 통해 들어온 음원데이타를 DSP 알고리즘의 software로 처리하여 memory에 처리된 음원데이타를 저장하거나 판독하는 중앙처리장치부분으로 구성된다. 제 6 도 참조

4. 발명의 효과

고성능 보이스레코더의 적용 효과는 다음과 같다. 첫째, 전원장치의 축소 및 회로의 축소로 전체 크기를 최소화하여 휴대가 간편하다. 둘째, 종래의 magnetic 음성기록기에 못지 않는 녹은 시간을 가지고 있어 대체 효과가 있다. 셋째, 음성데이타를 컴퓨터에 저장할 수 있어 사용의 효율을 가져 왔다.

Description

저장용 메모리를 사용한 고성능 음성 기록장치

제 1 도는 고성능 음성 기록장치의 전체 시스템 블록 다이어그램

제 2 도는 고성능 음성 기록장치의 세부 블록 다이어그램

제 3 도는 Microphone 입력과 Codec과의 Interface부

제 4 도는 Codec 부의 Interface 회로

제 5 도는 Codec Interface 타이밍도

제 6 도는 Tool Box를 이용한 DSP program 지원 환경 블록 다이어그램

제 7 도는 Z-8 레지스터 구조

제 8 도는 ARAM 파일 구조

제 9 도는 음성기록기의 시스템 흐름도

가. 음성 기록장치의 개요

현재 음성신호를 재생 또는 기록하는 방식으로는 흔히 사용되는 Voice Recorder(음성 기록)방식으로서 magnetic tape를 내장한 cassette가 가장 많이 사용되고 있다. 이 magnetic tape를 내장한 cassette의 경우에 많은 양(오랜 시간)의 음성 data를 저장한다는 장점을 가지고 있으나, 부피가 크고 전력소모가 많을 뿐 아니라 오래 쓰는 경우 음질이 현저히 떨어지는 단점을 가지고 있다. 또한, 녹음방식도 Analog 방식으로 녹음을 해야하기 때문에 세미나 및 강의 등에서 연사의 내용을 청취, 녹음을 원하는 경우에는 디지탈 녹음 방식보다 음질이 떨어지면 녹음된 data를 송수신 할 수 없으므로 여러 가지 불편이 뒤따르게 된다.

최근 LSI/VLSI 발전에 따라 음성신호를 기록하거나 재생할 수 있는 음원 IC가 출현하게 되었다. 이러한 음원 IC를 이용하여 음성 기록(Voice Recorder)장치를 개발하면, 전력 소모가 적고 크기가 축소되므로 휴대가 간편하게 된다. 현재 음원 IC를 이용한 Voice Recorder의 시장은 날로 확장되고 있으며 기능이 매우 다양화되고 있다. 즉, 제품의 크기가 소형화되고 있으며 전력소모가 저전력일뿐 아니라 송·수신기능까지 첨가된 다기능 Voice Recorder가 현재 시판되고 있다.

그러나 국내제품의 성능은 일본이나, 구미 선진국들의 Voice Recorder 보다 크기, 소비전력, 기능면에서 뒤떨어져 있으며 가격의 경쟁면에서도 점점 우위를 잃고 있다.

따라서 점차 확대되는 Voice Recorder의 시장성과 국제 경쟁력을 얻기 위해서 Voice Recorder를 휴대하기 쉽게 크기를 소형화하고 간단한 메모를 저장할 수 있는 전자 메모기능과 microphone을 이용한 음성녹음 및 재생기능과 현재 부족한 메모리를 확장하여 전화기에 연결하면 응답메세지를 2시간까지 저장할 수 있는 answering machine 기능으로도 사용할 수 있는 다기능 Voice Recorder 개발을 필요로 한다. 또한 정보통신 분야의 급속한 발전에 따라서 필요한 정보를 타지역까지 전송가능하게 되었다. 그러므로 개발하고자 하는 고성능 Voice Recorder에다 기록된 음원 데이타를 컴퓨터(PC)에 화일단위로 저장가능하게 된다면 그 응용 프로그램 개발에 따라서 음성기록기로의 역할이 증대된다.

나. 음성 기록 장치의 구성

개발된 음성기록기의 전체 System Block을 표시하면 제 1 도와 같으며 DSP 칩을 사용한 음성기록기는 크게 세분야로 나누어진다. 첫째는 하드웨어와 컴퓨터간의 기록된 음원데이타를 화일단위로 저장하는 interface 부분이고 둘째는 음성신호를 음원데이타로 처리하는 Codec 부분, 음원데이타를 부호화하여 저장하는 memory 부분과 세번째는 Codec를 통해 들어온 음원데이타를 DSP 알고리즘의 software로 처리하여 memory에 처리된 음원데이타를 저장하거나 판독하는 중앙처리장치부분으로 구성된다. 음원데이타를 처리하는 software는 z89c6700이라는 in circuit emulator로 프로그램을 작성하며 19200 bound rate 속도를 갖는 RS-232C 직렬 interface를 통해 프로그램을 debugging을 하였다. 제 2 도에 설계된 고성능 음성기록기의 전체 블럭도를 나타내었다.

(1) CODEC 인터페이스부

개발된 음성기록기는 Codec으로 부터 약 -6dbm의 음성 신호를 받아들일 수가 있다. AGC(Automatic Gain Control) 회로가 Codec의 입력으로 가해지는 신호의 level을 일정한 수준으로 되게 하였으며 Codec 부분과 microphone 입력부분과의 interface 부분을 제 3 도에 나타내었다.

(2) CODEC부 설계

Micro phone으로부터 입력된 음성 신호는 개발된 음성기록기의 DSP 칩으로부터 제공되는 PWM(Pulse Width Modulation) 10bit 분해능(resolution) 신호와 합성되어 CMOS 출력 level과 같은 Discrete 신호로 변형된다. 출력 신호는 16㎑의 sampling rate를 가지며 software 제어로 4, 10, 16, 64㎑로 sampling rate를 조절할 수가 있다. 이러한 Digital 음성 신호는 Codec의 입력부로 입력된다. Codec부의 인터페이스는 DSP coprocessor에 의해 제어되며 8㎑와 6.67㎑의 sampling rate를 제공한다(C-ENA0와 C-ENA1).

Codec의 Clock 주파수는 2,048㎒이며 Codec으로부터 출력된 부호화된 음원데이타는 DSP 음성처리부의 C-DIN으로 입력된다. 사용된 Codec은 삼성 KT8554 Codec 으로 Unit Gain 특성을 갖는 Codec이다(Texas Instrument사의 TCM29C18 Codec은 1.4배의 Gain비를 갖는다).

2개의 0.1㎌ Capacitor가 Analog GND와 AnalogV_DD에 연결되었으며 filter역할을 하게 된다. 제 4 도에 개발된 음성기록기의 Codec부의 Interface 회로를 나타내었다. 제 5 도에서는 Codec부의 Interface 회로의 타이밍도를 나타내었다.

(3) 음성 기록기의 software 설계

Z-8 DSP 전용 processor는 음원 데이타를 전송, 압축, 저장하기 위한 software tool box인 UTB(User Tool Box)를 제공한다. Tool box의 구성은 DTMF(Dual Tone Multy Frequency), LPC(선형 예측 code) Speech, tone generation, RAM에 음원 data를 저장시키는 message storage, CPS/VOX(call progress sopervisory/voice detection)등을 기본적으로 제공한다. 이러한 tool box를 이용하여 Z-8 DSP processor의 내부의 VTB status로 tool box 환경을 설정하여 VTB code를 설정한 다음 DSP resource를 제어하면 된다. 그러므로 사용자가 tool box를 이용하여 손쉽게 DSP 프로그램을 작성할 수 있다.

제 6 도에 tool box를 이용한 DSP program 지원 환경 블럭도를 나타내었다.

일반적으로 Z-8 DSP processor의 register구조는 tool box register와 표준 register group expanded register group으로 나누어져 있다. Tool box register는 address %F0, %E0, %D0, %C0, %B0, %A0에서 시작되며 16byte를 1개의 레지스터로 정한다. 제 7 도 참조

(가) LPC Decoder부 작성

LPC Decoder software 작성은 Z-8 processor의 RAM에 저장되어 있는 data를 음질이나 항으로 생성하는 것이 필요하다. LPC 음성이 재생되는 동안 Z-8 ROM의 data는 unpack 상태이며 DSP core로 전송되어 data 처리를 하게 된다. 즉, DSP부에서 연속적으로 음원 데이타를 PCM 형태로 생성한다. 이러한 음원 데이타를 PCM 신호와 동등한 Analog 형태의 신호로 생성된다.

Z-8 ROM의 24Kbyte 중에서 사용자는 13.5 Kbyte LPC 음성 data를 저장시킬 수가 있다. 나머지 10Kbyte는 tool box에 의해 새로운 LPC code로 작성될 수가 있다. Tool box에 포함된 LPC 처리 routine은 LPC-10, LPC-12등이 있으며 20msec동안에 15words를 생성할 수가 있다. 이러한 LPC 처리 routine을 사용하여 LPC 문항을 생성하기 위해서는 ROM에 있는 LPC data의 화일 index와 array index 를 먼저 지정해야 한다. 그런 다음 LPC 함수를 연속적으로 호출하여 사용자가 원하는 음성이나 음절을 작동시킬 수가 있다. 작성된 음성 기록기의 software에서는 system Initialize부분에서 LPC Speech 처리 Routine을 연속적으로 호출하였다.

(나) Audio RAM과 파일 구조

Z-8 DSP 처리부에서는 압축된 음원 data를 재생 또는 저장시킬 수가 있다. ARAM에 저장되어 있는 음원 데이타는 여러개의 특정한 화일 그룹으로 구성되어 있다.

사용자는 7개의 서로 다른 화일 그룹을 사용할 수가 있으며 제 8 도에서 ARAM의 음성 블럭 구조를 나타내었다.

(다) 개발된 음성기록기의 시스템 흐름도

개발된 음성 기록기의 시스템은 9개의 Function Key로 구성되어 있으며 각 기능은 개발된 음성기록기에 적용하여 완성한 system을 사용하여 실험한 결과 영어, 한글 모두 110분 동안 양호하게 음성기록기에 저장 녹음되었으며 컴퓨터에 화일 단위로 저장되었다. System Flow Chart는 제 9 도에 나타내었다.

고성능 보이스레코더의 개발은 현재 개발되어 있는 보이스 레코더의 단점인 녹음시간, 소비전력, 부피 등을 개선하여 녹음 저장시간이 길고, 낮은 소비전력, 계산 및 전자메모기능이 포함된 보이스 레코더를 개발하였다. 또한, 음성기록이 많은 경우 컴퓨터에 연결하여 저장할 수 있도록 interface회로를 설계하여 기존의 보이스 레코더 보다 품질의 향상을 시켰다.

고성능 보이스 레코더의 적용 효과는 다음과 같다. 첫째, 전원장치의 축소 및 회로의 축소로 전체 크기를 최소화하여 휴대가 간편하다. 둘째, 종래의 magnetic 음성기록기에 못지 않는 녹음 시간을 가지고 있어 대체 효과가 있다. 셋째, 음성데이타를 컴퓨터에 저장할 수 있어 사용의 효율을 가져 왔다.

LSI/VLSI로 설계된 음원 IC를 이용한 음성기록기(Voice Recorder)의 필요성이 점점 증대되고 있다. 음원 IC를 이용한 음성기록기는 저전력이며 휴대가 간단하므로 사용하기가 편리하다는 장점이 있다. 그러나 현재 국내에서 시판중인 음성기록기는 기능이 매우 제한되어 있으며 성능, 크기 등에서 외국 제품에 비해 매우 뒤떨어진 상태이다. 따라서 본 연구에서는 Voice Recorder를 저소비전력 회로로 설계하고 이를 SMD방식으로 구성함으로써 회로판의 축소로 전체 크기를 최소화한다.

또한 개발하고자 하는 Voice Recorder 녹음 가능 시간을 현재의 음원 IC와는 별도의 음원 저장용 메모리를 확장하여 녹음 가능 시간을 확장한 회로를 설계하고자 하며 음성기록이 많은 경우 기존의 음성기록 방식인 개인용 컴퓨터(PC)에 연결할 수 있도록 interface회로를 설계한다.

또한, Voice Recorder의 mode 선택 사항과 음원 IC 및 메모리에 저장된 데이타의 양과 저장 가능한 시간 등을 알아볼 수 있도록 액정 display editor 추가하여 개발하였다.

Claims

음성 기록장치의 구성 방법

개발된 음성기록기의 전체 System Block은 제 1 도와 같으며 DSP 칩을 사용한 음성기록기는 크게 세분야로 나누어진다. 첫째는 하드웨어와 컴퓨터간의 기록된 음원 데이타를 화일단위로 저장하는 interface 부분이고 둘째는 음성신호를 음원데이타로 처리하는 Codec 부분, 음원데이타를 부호화하여 저장하는 memory 부분과 세번째는 Codec를 통해 들어온 음원데이타를 DSP 알고리즘의 software로 처리하여 memory에 처리된 음원데이타를 저장하거나 판독하는 중앙처리장치부분으로 구성되는 구성 방법
음성 기록장치의 하드웨어 장치 제 2 도 참조

가. 음원 IC의 주변회로를 낮은 소비전력인 5V에서 동작하도록 회로를 설계

나. 녹음 가능 시간의 연장을 위해 음원 IC와는 별도로 음원 저장용 RAM(16Mbyte × 2)을 내장한 회로를 설계

다. 음원 상태, 데이터 저장 정도를 나타낼 수 있는 액정 display editor를 부착

라. 음원 데이터를 저장할 수 있는 Interface 회로
음성 기록장치의 구동을 위한 소프트웨어 방법

제 9 도와 같이 개발된 음성 기록기의 시스템은 Codec를 통해 들어온 음원데이타를 DSP 알고리즘의 software로 처리하여 memory에 처리된 음원데이타를 저장하거나 판독하는 중앙처리장치부분으로 구성되며 9개의 Function Key로 구성되어 있다.

각 기능은 개발된 음성기록기에 적용하여 완성한 시스템을 사용하여 실험한 결과, 영어, 한글 모두 110분 동안 양호하게 음성기록기에 저장 녹음되며 컴퓨터에 화일 단위로 저장할 수 있도록 하는 프로그램